KR102134202B1 - 와류교반하는 용융환원 제철방법 - Google Patents

와류교반하는 용융환원 제철방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 와류교반하는 용융환원 제철방법은 야금 기술 분야에 속하며, 구체적으로 (1) 선철을 유도로에 넣고, 용융 상태로 가열하여, 용철을 형성하고, 용철의 온도를 1450℃ 이상으로 유지하는 단계; (2) 용철에 대해 중심 교반을 진행하여, 높이와 직경의 비가 0.5~2.5인 소용돌이를 형성하며, 지속적으로 교반하는 단계; (3) 철 함유 광물, 환원제 및 조재제를 1:(0.1~0.15):(0.25~0.4)의 질량비에 따라 혼합하여 연마한 후, 소용돌이 중심으로 취입하여, 환원 반응을 발생시켜, 용철 및 슬래그를 얻은 후, 교반을 정지시키며, 동시에 배기가스가 발생하는 단계; (4) 용철과 슬래그를 층분리하여 배출하고, 배기가스는 처리 후 방출하는 단계를 포함한다. 해당 방법은 철 함유 광물의 환원율은 95.5% 이상이며, 슬래그에 함유된 철의 질량 백분율은 0.35% 이하이며, 동시에 공정이 간단하며, 투자가 적고, 에너지를 절약하고 환경을 보호하며, 원가가 저렴하며, 높은 경제적 가치가 있으며, 환원제의 이용률을 크게 향상시키므로, 고효율의 비고로 제철 기술이다.

Description

와류교반하는 용융환원 제철방법
본 발명은 야금 기술 분야에 속하며, 구체적으로 와류교반하는 용융환원 제철방법에 관한 것이다.
수년간의 급속한 발전에 따라, 중국 철강 산업은 급속도로 발전하여, 이미 세계 철강의 40% 이상을 차지하고 있지만, 철강 생산력이 과잉되고, 환경 보호에 대한 요구가 갈수록 엄격해짐에 따라, 원가를 절감하고, 작업 환경을 개선하는 것이 최우선 과제이다. 제강 원료를 생산하는 공정인 제철 공정은 이미 매우 완벽하며, 중국의 제철은 주로 고로 제철이다. 고로 제철의 본질은 철의 환원 과정이다. 즉, 코크스를 연료 및 환원제로 사용하여, 고온에서 철광석 또는 제철 원료 중의 철을 산화물 또는 광물 형태에서 액체 상태의 선철로 환원하는 것이다.
열악한 경제 상황에서, 제철소들은 선철 공정의 비용을 낮추기 위하여 다양한 조치들을 취하고 있으며, 고로 조업 지표에 대한 요구는, 주로 고로 풍온의 향상, 고로 가스 이용률의 향상, 연료비의 절감 및 고로 수명의 연장으로 반영되고 있다. 숙련된 고로 제철 공정은 이미 제철 원가를 안정시켰으며, 일부 조건의 개선은 작은 범위 내에서 선철 원가에 변화를 줄뿐이며, 이윤 마진은 아주 작다.
고로 생산에 있어서, 환원제 이용률은 생산 원가에 대한 영향이 매우 크며, 생산 주기의 길이 또한 각 로의 용철 가격에 영향을 주는 중요한 요소이므로, 환원제 이용률을 효과적으로 향상시키고, 생산 주기를 단축시킬 수 있으면, 선철 원가를 낮추어, 전체 제강 원가에 영향을 줄 수 있다. 종래의 고로 제철의 환원제는 주로 무연 미분탄이며, 풍구를 통해 고로 내로 취입한다. 미분탄은 저밀도로 인해 반응 과정에서 표면에 대량 부유하면서, 철의 산화물과 잘 반응하지 않으므로, 미분탄의 이용률이 낮고, 또한 생성된 연기 중에 대량의 미반응 분진을 함유하고 있어, 원료를 낭비할 뿐만 아니라, 대기와 현장 환경에 나쁜 영향을 미친다.
따라서, 새로운 투입 방식을 찾아 환원제의 이용률을 향상시키고, 반응 주기를 단축시키고, 현장 환경을 개선하는 것이 매우 필요하다. KR교반은 주로 제강 과정에 이용되며, 용철 예비 처리 단계에서는 탈황제와 용철의 혼합에 사용되어, 탈황 과정이 용이하도록 한다. KR교반 패들을 제철 과정에 사용하여, 미분탄을 교반하여 말려들게 하면, 환원제의 이용률을 크게 향상시킬 수 있다.
출원번호가 201210104356.0인 특허는 신형의 KR탈황 교반 방법을 공개하였으며, 용철을 전로에 넣기 전의 노외 탈황에 관한 것으로, 교반기의 회전 교반을 통해, 용철 표면의 탈황제를 용철에 말려들게 혼합하여 탈황시키는 것이지만, 제철 분야와 관련이 없다. 출원번호가 201110185831.7인 특허는 KR탈황 슬래그 회수 이용 방법을 공개하였으며, KR탈황 후의 슬래그를 다시 회수하여 제강하는 것이지만, 이 또한 제철 분야와 관련이 없다. 출원번호가 201410040360.4인 특허는 개량된 고로 제철 시스템을 공개하였다. 고로 제철의 열풍 수송 온도가 효과적으로 향상되도록 보장하면서, 열풍로의 구성 규모를 축소하여, 점유 면적을 줄여, 투자를 감소시키고, 제철의 단위 에너지 소모 및 원가를 절감하는 것이지만, 이는 교반 제철 시스템에 관한 것이 아니다.
종래의 고로 환원제 투입 방식과 이용률이 낮은 문제점에 대해, 본 발명은 와류교반하는 용융환원 제철방법을 제공한다. 이 방법은 교반 패들을 구비한 유도로를 직접 이용하여, 중심 교반 방식으로 용융체를 회전 교반하여 소용돌이를 발생시키고, 분말 형태의 철 함유 원료, 환원제 및 조재제를 소용돌이 중심에 투입하면, 즉시 용탕에 말려들어 용융체와 충분히 혼합되면서 반응하여, 철 함유 산화물을 빠르게 환원시킨다.
(1) 선철을 유도로에 넣고, 용융 상태로 가열하여, 용철을 형성하고, 용철의 온도를 1450℃ 이상으로 유지하는 단계, 여기서 선철 투입량은 유도로의 노체 부피의 5~20%임;
(2) 용철을 교반하여, 높이와 직경의 비율이 0.5~2.5인 소용돌이를 형성하며, 지속적으로 교반하는 단계;
(3) 철 함유 광물, 환원제 및 조재제를 소용돌이 중심으로 취입하여, 환원 반응을 발생시켜, 용철 및 슬래그를 얻은 후, 교반을 정지시키며, 동시에 배기가스가 발생하는 단계, 여기서 철 함유 광물, 환원제와 조재제의 질량비는 1:(0.1~0.15):(0.25~0.4)임;
(4) 용철과 슬래그는 층분리하여 배출하며, 배기가스는 처리 후 배출하는 단계;를 포함한다.
상기 단계(1)에서, 용철은 열 공급 환경을 제공한다.
상기 단계(1)에서, 용철의 온도를 1450℃ 이상으로 유지하는 방법은 유도로 자체 가열하는 것이다.
상기 단계(1)에서, 유도로는 슬래그 배출구 및 용철 배출구를 포함하며, 상기 유도로의 일측의 하부에 용철 배출구가 설치되어 있으며, 유도로의 타측의 상부에 슬래그 배출구가 설치되어 있다.
상기 유도로는 교반 패들, 교반 패들 승강 시스템, 분말 취입 장치, 배기 후드, 연기 정화 시스템, 폐열 회수 시스템 및 세정탑이 설치되어 있으며, 상기 교반 패들은 유도로 내부에 설치되고, 상기 교반 패들 승강 시스템은 교반 패들과 서로 연결되며, 상기 분말 취입 장치는 유도로 일측의 상부에 설치되며, 상기 배기 후드는 유도로의 상측에 설치되며, 상기 연기 정화 시스템의 입구는 파이프를 통해 배기 후드에 연결되며, 상기 폐열 회수 시스템의 입구는 파이프를 통해 연기 정화 시스템의 출구에 연결되며, 상기 세정탑의 입구는 파이프를 통해 폐열 회수 시스템의 출구에 연결되며, 상기 세정탑의 출구는 대기와 연통되며, 상기 교반 패들 승강 시스템은 교반 패들의 교체에 사용된다.
상기 교반 패들의 재질은 탄소 재질이다.
상기 교반 패들은 흑연 교반 패들이다.
상기 단계(2)에서, 교반 방식은, 교반 패들이 용철 액면 높이의 1/3~1/2위치까지 삽입되도록 조절하여, 중심 교반을 진행하는 것이고, 중심 교반 속도는 50~200r/min이다.
상기 단계(3)에서, 철 함유 광물, 환원제 및 조재제는 혼합 연마 후, 분말 취입 장치를 통해 소용돌이 중심으로 취입된다.
상기 단계(3)에서, 철 함유 광물은 철광석이다.
상기 단계(3)에서, 환원제는 미분탄이다.
상기 단계(3)에서, 조재제는 산화칼슘이다.
상기 단계(3)에서, 환원반응에서 철 함유 광물의 환원율은 95.5% 이상이며, 슬래그에 함유된 철의 질량 백분율은 0.35% 이하이다.
상기 단계(3)에서, 슬래그의 주요 성분은 CaO, SiO2 및 Al2O3이다.
상기 단계(4)에서, 유도로의 상층은 슬래그이고, 하층은 용철이며, 슬래그는 슬래그 배출구로부터 배출하고, 용철은 용철 배출구로부터 배출한다.
상기 단계(4)에서, 배기가스는 배기 후드를 통해 연기 정화 시스템으로 보내지고, 정화 처리 후, 폐열 회수 시스템을 통해 폐열을 회수하고, 마지막으로 세정탑을 통해 기체 중의 유해 가스를 흡수하여, 배출 요구를 만족시키면 대기로 배출한다.
환원 제철 과정에 관련된 주요 반응은 아래와 같다.
FexOy+yC=yCO+xFe
FexOy+yCO=yCO2+xFe
FexOy+y/2C=y/2CO2+xFe
본 발명의 유익한 효과
(1) 반응 물질인 철 함유 광물, 환원제 및 조재제를 용융체 표면의 교반하여 형성된 와류 중심으로 직접 투입하면, 바로 용탕에 말려들며, 교반에 의해 말려든 반응 물질은 충분히 접촉하면서 반응을 가속화하여, 제철 주기를 단축시킬 수 있다.
(2) 기계식 교반 패들은 탄소 재질로 제조되며, 교반 패들이 교반으로 인해 마모되면, 분쇄하여 환원제로서 다시 이용 가능하다.
(3) 해당 방법은 공정이 간단하며, 투자가 적고, 에너지를 절약하고 환경을 보호하며, 원가가 저렴하며, 높은 경제적 가치가 있으며, 환원제의 이용률을 크게 향상시키므로, 고효율의 비고로(렷멕?t) 제철 기술이다.
(4) 해당 방법은 철 함유 광물의 환원율이 95.5% 이상이며, 슬래그에 함유된 철의 질량 백분율은 0.35% 이하이다.
도 1은 본 발명의 방법을 이용한 유도로 시스템의 구조 개략도이다.
이하, 실시예와 결합하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
실시예1
본 실시예에서 이용한 유도로 시스템의 구조 개략도는 도 1을 참고한다.
와류교반하는 용융환원 제철방법은,
(1) 선철을 유도로에 넣고, 용융 상태로 가열하여, 용철을 형성하고, 용철의 온도를 1450℃로 유지하여, 열 공급 환경을 제공하는 단계, 여기서 선철 투입량은 유도로의 노체 부피의 5%임;
(2) 흑연 교반 패들(3)이 용철 액면 높이의 1/3 위치까지 삽입되도록 조절하여, 중심 교반을 진행하고, 교반 속도는 50r/min로 하여, 높이와 직경의 비가 0.5인 소용돌이를 형성하며, 지속적으로 교반하는 단계;
흑연 교반 패들(3)의 마모 정도에 따라, 교반 패들 승강 시스템(4)을 통해 교반 패들을 교체하고, 소모된 흑연 교반 패들(3)을 분쇄하여 환원제로 다시 이용하는 단계;
(3) 철광석, 미분탄 및 산화칼슘을 1:0.1:0.25의 질량비에 따라 혼합하여 연마한 후, 분말 취입 장치(5)를 통해 소용돌이 중심으로 취입하여, 환원 반응을 발생시켜, 용철 및 슬래그를 얻은 후, 교반을 정지시키며, 동시에 배기가스가 발생하는 단계;
(4) 유도로의 하층은 용철이고, 상층은 슬래그이며, 슬래그의 주요 성분은 CaO, SiO2 및 Al2O3이며, 하층 용철은 용철 배출구(2)로부터 배출하고, 상층 슬래그는 슬래그 배출구(1)로부터 배출하며, 철광석의 환원율은 96.5%이며, 슬래그에 0.3%의 철이 함유되어 있으며, 반응으로 생성된 배기가스는 배기 후드(6)를 통해 연기 정화 시스템(7)으로 보내지고, 정화 처리 후, 폐열 회수 시스템(8)을 통해 폐열을 회수하고, 마지막으로 세정탑(9)을 통해 기체 중의 유해 가스를 흡수하여, 배출 요구를 만족시키면 대기로 배출하는 단계를 포함한다.
실시예2
본 실시예에서 이용한 유도로 시스템의 구조 개략도는 도 1을 참고한다.
와류교반하는 용융환원 제철방법은,
(1) 선철을 유도로에 넣고, 용융 상태로 가열하여, 용철을 형성하고, 용철의 온도를 1550℃로 유지하여, 열 공급 환경을 제공하는 단계, 여기서 선철 투입량은 유도로의 노체 부피의 15%임;
(2) 흑연 교반 패들이 용철 액면 높이의 1/2 위치까지 삽입되도록 조절하여, 중심 교반을 진행하고, 교반 속도는 200r/min로 하여, 높이와 직경의 비가 2.5인 소용돌이를 형성하며, 지속적으로 교반하는 단계;
흑연 교반 패들(3)의 마모 정도에 따라, 교반 패들 승강 시스템(4)을 통해 교반 패들을 교체하는 단계;
(3) 철광석, 미분탄 및 산화칼슘을 1:0.15:0.4의 질량비에 따라 혼합하여 연마한 후, 분말 취입 장치(5)를 통해 소용돌이 중심으로 취입하여, 환원 반응을 발생시켜, 용철 및 슬래그를 얻은 후, 교반을 정지시키며, 동시에 배기가스가 발생하는 단계;
(4) 유도로의 하층은 용철이고, 상층은 슬래그이며, 슬래그의 주요 성분은 CaO, SiO2 및 Al2O3이며, 하층 용철은 용철 배출구(2)로부터 배출하고, 상층 슬래그는 슬래그 배출구(1)로부터 배출하며, 철광석의 환원율은 95.5%이며, 슬래그에 0.35%의 철이 함유되어 있으며, 반응으로 생성된 배기가스는 배기 후드(6)를 통해 연기 정화 시스템(7)으로 보내지고, 정화 처리 후, 폐열 회수 시스템(8)을 통해 폐열을 회수하고, 마지막으로 세정탑(9)을 통해 기체 중의 유해 가스를 흡수하여, 배출 요구를 만족시키면 대기로 배출하는 단계를 포함한다.
실시예3
본 실시예에서 이용한 유도로 시스템의 구조 개략도는 도 1을 참고한다.
와류교반하는 용융환원 제철방법은,
(1) 선철을 유도로에 넣고, 용융 상태로 가열하여, 용철을 형성하고, 용철의 온도를 1500℃로 유지하여, 열 공급 환경을 제공하는 단계, 여기서 선철 투입량은 유도로의 노체 부피의 20%임;
(2) 흑연 교반 패들이 용철 액면 높이의 1/2 위치까지 삽입되도록 조절하여, 중심 교반을 진행하고, 교반 속도는 100r/min로 하여, 높이와 직경의 비가 1.0인 소용돌이를 형성하며, 지속적으로 교반하는 단계;
흑연 교반 패들(3)의 마모 정도에 따라, 교반 패들 승강 시스템(4)을 통해 교반 패들을 교체하는 단계;
(3) 철광석, 미분탄 및 산화칼슘을 1:0.12:0.3의 질량비에 따라 혼합하여 연마한 후, 분말 취입 장치(5)를 통해 소용돌이 중심으로 취입하여, 환원 반응을 발생시켜, 용철 및 슬래그를 얻은 후, 교반을 정지시키며, 동시에 배기가스가 발생하는 단계;
(4) 유도로의 하층은 용철이고, 상층은 슬래그이며, 슬래그의 주요 성분은 CaO, SiO2 및 Al2O3이며, 하층 용철은 용철 배출구(2)로부터 배출하며, 상층 슬래그는 슬래그 배출구(1)로부터 배출하며, 철광석의 환원율은 96.2%이며, 슬래그에 0.32%의 철이 함유되어 있으며, 반응으로 생성된 배기가스는 배기 후드(6)를 통해 연기 정화 시스템(7)으로 보내지고, 정화 처리 후, 폐열 회수 시스템(8)을 통해 폐열을 회수하고, 마지막으로 세정탑(9)을 통해 기체 중의 유해 가스를 흡수하여, 배출 요구를 만족시키면 대기로 배출하는 단계를 포함한다.
실시예4
본 실시예에서 이용한 유도로 시스템의 구조 개략도는 도 1을 참고한다.
와류교반하는 용융환원 제철방법은,
(1) 선철을 유도로에 넣고, 용융 상태로 가열하여, 용철을 형성하고, 용철의 온도를 1480℃로 유지하여, 열 공급 환경을 제공하는 단계, 여기서 선철 투입량은 유도로의 노체 부피의 10%임;
(2) 흑연 교반 패들이 용철 액면 높이의 1/3 위치까지 삽입되도록 조절하여, 중심 교반을 진행하고, 교반 속도는 150r/min로 하여, 높이와 직경의 비가 1.5인 소용돌이를 형성하며, 지속적으로 교반하는 단계;
흑연 교반 패들(3)의 마모 정도에 따라, 교반 패들 승강 시스템(4)을 통해 교반 패들을 교체하는 단계;
(3) 철광석, 미분탄 및 산화칼슘을 1:0.14:0.35의 질량비에 따라 혼합하여 연마한 후, 분말 취입 장치(5)를 통해 소용돌이 중심으로 취입하여, 환원 반응을 발생시켜, 용철 및 슬래그를 얻은 후, 교반을 정지시키며, 동시에 배기가스가 발생하는 단계;
(4) 유도로의 하층은 용철이고, 상층은 슬래그이며, 슬래그의 주요 성분은 CaO, SiO2및 Al2O3이며, 하층 용철은 용철 배출구(2)로부터 배출하며, 상층 슬래그는 슬래그 배출구(1)로부터 배출하며, 철광석의 환원율은 95.8%이며, 슬래그에 0.33%의 철이 함유되어 있으며, 반응으로 생성된 배기가스는 배기 후드(6)를 통해 연기 정화 시스템(7)으로 보내지고, 정화 처리 후, 폐열 회수 시스템(8)을 통해 폐열을 회수하고, 마지막으로 세정탑(9)을 통해 기체 중의 유해 가스를 흡수하여, 배출 요구를 만족시키면 대기로 배출하는 단계를 포함한다.
1-슬래그 배출구
2-용철 배출구
3-흑연 교반 패들
4-교반 패들 승강 시스템
5-분말 취입 장치
6-배기 후드
7-연기 정화 시스템
8-폐열 회수 시스템
9-세정탑

Claims (9)

  1. (1) 선철을 유도로에 넣고, 용융 상태로 가열하여, 용철을 형성하고, 용철의 온도를 1450℃ 이상으로 유지하는 단계 - 여기서 상기 선철 투입량은 유도로의 노체 부피의 5~20%임 -;
    (2) 용철을 교반하여, 높이와 직경의 비가 0.5~2.5인 소용돌이를 형성하며, 지속적으로 교반하는 단계;
    (3) 철 함유 광물, 환원제 및 조재제를 소용돌이 중심으로 취입하여, 환원 반응을 발생시켜, 용철 및 슬래그를 얻은 후, 교반을 정지시키며, 동시에 배기가스가 발생하는 단계 - 여기서 철 함유 광물, 환원제와 조재제의 질량비는 1:(0.1~0.15):(0.25~0.4)임 -; 및
    (4) 용철과 슬래그를 층분리하여 배출하며, 배기가스는 처리 후 배출하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 단계(1)에서, 유도로는 슬래그 배출구 및 용철 배출구를 포함하며, 상기 유도로의 일측의 하부에 용철 배출구가 설치되어 있으며, 유도로의 타측의 상부에 슬래그 배출구가 설치되어 있으며;
    상기 유도로는 교반 패들, 교반 패들 승강 시스템, 분말 취입 장치, 배기 후드, 연기 정화 시스템, 폐열 회수 시스템 및 세정탑이 설치되어 있으며, 상기 교반 패들은 유도로 내부에 설치되고, 상기 교반 패들 승강 시스템은 교반 패들과 서로 연결되며, 상기 분말 취입 장치는 유도로 일측의 상부에 설치되며, 상기 배기 후드는 유도로의 상측에 설치되고, 상기 연기 정화 시스템의 입구는 파이프를 통해 배기 후드에 연결되며, 상기 폐열 회수 시스템의 입구는 파이프를 통해 연기 정화 시스템의 출구에 연결되며, 상기 세정탑의 입구는 파이프를 통해 폐열 회수 시스템의 출구에 연결되며, 상기 세정탑의 출구는 대기와 연통되며, 상기 교반 패들 승강 시스템은 교반 패들의 교체에 사용되는, 와류교반하는 용융환원 제철방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교반 패들은 흑연 교반 패들인, 와류교반하는 용융환원 제철방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계(2)에서, 교반 방식은, 교반 패들이 용철 액면 높이의 1/3~1/2위치까지 삽입되도록 조절하여, 중심 교반을 진행하는 것이고, 중심 교반 속도는 50~200r/min인, 와류교반하는 용융환원 제철방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계(3)에서, 철 함유 광물, 환원제 및 조재제는 혼합 연마 후, 분말 취입 장치를 통해 소용돌이 중심으로 취입하는, 와류교반하는 용융환원 제철방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단계(3)에서, 철 함유 광물은 철광석이며, 환원제는 미분탄이며, 조재제는 산화칼슘인, 와류교반하는 용융환원 제철방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계(3)에서, 환원 반응에서 철 함유 광물의 환원율은 95.5% 이상이며, 슬래그에 함유된 철의 질량 백분율은 0.35% 이하인, 와류교반하는 용융환원 제철방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단계(4)에서, 유도로의 상층은 슬래그이고, 하층은 용철이며, 슬래그는 슬래그 배출구로부터 배출하고, 용철은 용철 배출구로부터 배출하는, 와류교반하는 용융환원 제철방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 단계(4)에서, 배기가스는 배기 후드를 통해 연기 정화 시스템으로 보내지고, 정화 처리 후, 폐열 회수 시스템을 통해 폐열을 회수하고, 마지막으로 세정탑을 통해 기체 중의 유해 가스를 흡수하여, 배출 요구를 만족시키면 대기로 배출하는, 와류교반하는 용융환원 제철방법.
  9. 삭제
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